KR20190060689A - Resonant structured optical transistor - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a resonant structure optical transistor comprises: a nonlinear medium for generating a secondary harmonic wave through a secondary nonlinear interaction of an incident pump wave and generating a signal wave amplified by the secondary nonlinear interaction between an incident signal wave and the secondary harmonic wave and a converted wave having a differential frequency; a first mirror for transmitting the pump wave or the signal wave incident on the nonlinear medium from one surface of the nonlinear medium via the nonlinear medium and reflecting the secondary harmonic wave; and a second mirror for transmitting the pump wave, the signal wave, and the converted wave from the other surface of the nonlinear medium and reflecting the secondary harmonic wave. The pump wave is incident on the nonlinear medium through the first mirror in a first operation mode and the pump wave and the signal wave are incident on the nonlinear medium through the first mirror in a second operation mode.

Description

공진 구조 광 트랜지스터{RESONANT STRUCTURED OPTICAL TRANSISTOR}[0001] RESONANT STRUCTURED OPTICAL TRANSISTOR [0002]

본 발명은 광소자에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 공진 구조의 광 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to an optical element, and more particularly, to a phototransistor having a resonance structure.

광 트랜지스터(Optical Transistor)는 다양한 증폭기, 스위치, 그리고 논리 게이트 등을 구성하는데 사용될 수 있다. 광 트랜지스터에 대한 기술 개발은 전자 트랜지스터의 기능과 역할에 대비되어 이미 오래전부터 연구되어 왔다. 광 트랜지스터의 구현을 위해 다양한 구도의 적용이 시도되어 왔다. 주파수가 축퇴된 이차 비선형의 3 광파 혼합 상호 작용에 기초하여 전광 트랜지스터(All Optical Transistor)가 입증되었다. 이들 구도들은 2차 조화파와의 상호작용을 통하여 입력광이 증폭될 수 있다. 이들 구도들은 입력광과 펌프광의 결맞음(Coherence)을 요구하지 않으면서도 비선형 현상의 캐스케이딩(Cascading)을 이용한다. 그리고 이 구도들에서는 실험적으로 큰 이득과 함께 우수한 성능을 제공하였다. 이들 구도를 적용한 광 트랜지스터는 스위치나 증폭기로 작용을 하면서 파장 변환기로도 사용될 수 있다. Optical Transistors can be used to configure various amplifiers, switches, and logic gates. Technological development of phototransistors has been studied for a long time in preparation for the function and role of electronic transistors. Application of various schemes has been attempted for the implementation of phototransistors. All Optical Transistors have been proved based on the second nonlinear three-wave mixing interactions with reduced frequency. These schemes can be amplified by interaction with the second harmonic wave. These schemes use cascading of nonlinear phenomena without requiring the coherence of input and pump light. And in these schemes, we experimentally provided great performance with great gain. Phototransistors employing these schemes can also be used as wavelength converters, acting as switches or amplifiers.

하지만, 상술한 광 트랜지스터는 아직까지는 전자 트랜지스터(Electric Transistor)와 동등한 수준의 증폭 및 스위칭 특성을 보여주지는 못한다. 하지만, 용이한 광증폭이나 광스위칭이 가능한 광 트랜지스터에 대한 요구가 점점 증대되고 있다.However, the phototransistor described above does not yet exhibit the same level of amplification and switching characteristics as an electric transistor. However, there is an increasing demand for a phototransistor capable of easy optical amplification and optical switching.

본 발명의 목적은 광증폭 및 광스위칭을 용이하고 간단하게 구현할 수 있는 광 트랜지스터를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a phototransistor which can easily and simply implement optical amplification and optical switching.

본 발명의 실시 예에 따른 공진 구조 광 트랜지스터는, 입사된 펌프파의 이차 비선형 상호 작용을 통하여 2차 조화파를 생성하고, 입사되는 신호파와 상기 이차 조화파의 이차 비선형 상호 작용을 통하여 증폭된 신호파 및 차주파수를 갖는 변환파를 생성하는 비선형 매질, 상기 비선형 매질의 일면에서 상기 비선형 매질로 입사되는 상기 펌프파 또는 상기 신호파를 상기 비선형 매질로 투과하고, 상기 2차 조화파는 반사하는 제 1 미러, 그리고 상기 비선형 매질의 타면에서 상기 펌프파, 상기 신호파, 상기 변환파는 투과하고, 상기 2차 조화파는 반사하는 제 2 미러를 포함하되, 제 1 동작 모드에서는 상기 펌프파가 상기 제 1 미러를 통하여 상기 비선형 매질에 입사되고, 제 2 동작 모드에서는 상기 펌프파와 상기 신호파가 상기 제 1 미러를 통하여 상기 비선형 매질에 입사된다.The resonant structure phototransistor according to an embodiment of the present invention generates a second harmonic wave through a second nonlinear interaction of an incident pump wave and generates a second harmonic wave through an incident signal wave and a second nonlinear interaction of the second harmonic wave, Linear medium, a pump wave or a signal wave incident on the nonlinear medium on one side of the nonlinear medium is transmitted to the nonlinear medium, and the second harmonic wave is transmitted through the nonlinear medium, And a second mirror that transmits the pump wave, the signal wave, and the conversion wave from the other surface of the nonlinear medium and reflects the second harmonic wave. In the first operation mode, the pump wave is transmitted to the first mirror Linear medium through the first mirror, and in the second mode of operation, the pump wave and the signal wave are incident on the non- Is incident on the linear medium.

본 발명의 실시 예에 따른 광 트랜지스터를 사용하는 경우, 광신호의 증폭이나 스위칭이 용이하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 광 트랜지스터를 적용하는 경우 광증폭/스위칭 소자, 논리 게이트 소자, 전광 통신 등의 초고속 정보통신, 광 컴퓨터의 프로세서, 광자로 회로를 구동하는 광회로를 용이하게 구현할 수 있다.In the case of using the phototransistor according to the embodiment of the present invention, amplification or switching of the optical signal can be easily implemented. Therefore, when the phototransistor of the present invention is applied, it is possible to easily implement a high-speed information communication such as an optical amplifying / switching element, a logic gate element, an optoelectronic communication, a processor of an optical computer, and an optical circuit for driving a photonic circuit.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공진 구조 광 트랜지스터의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 오프 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 공진 구조 광 트랜지스터에서 '0' 상태 출력을 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공진 구조 광 트랜지스터의 온 상태(On state)를 보여주는 도면이다.
도 5는 공진 구조 광 트랜지스터의 스위칭 동작에 따른 온/오프의 구분 방법을 보여는 파형도이다.
도 6은 공진 구조 광 트랜지스터의 온(On) 상태에서의 신호들의 세기를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공진 구조 광 트랜지스터의 특성을 간략히 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터의 증폭율을 간략히 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터의 전이율의 특성을 보여주는 그래프이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a structure of a resonant structure phototransistor according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a view showing an off state of the resonance structure phototransistor 100 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a simulation result showing a '0' state output in the resonant structure phototransistor of FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an on state of a resonant structure phototransistor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
5 is a waveform diagram showing a method of identifying on / off according to a switching operation of a resonant structure phototransistor.
6 is a graph showing the intensity of signals in the On state of the resonance structure phototransistor.
7 is a graph briefly showing characteristics of a resonant structure phototransistor according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph briefly showing the amplification factor of the resonant structure phototransistor of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the characteristics of the transfer rate of the resonant structure phototransistor of the present invention according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention. .

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공진 구조 광 트랜지스터의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터(100)는 이미터(E)에서 펌프파(ωp)를 입력할 때 베이스(B)의 신호파(ωs)에 대한 펌프파(ωp)에 의한 스위칭이나 증폭이 가능하다. 이를 위해, 공진 구조 광 트랜지스터(100)는 비선형 매질 및 공진 구조를 포함할 수 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a structure of a resonant structure phototransistor according to an embodiment of the present invention; FIG. 1, a resonant structure phototransistor 100 according to the present invention includes a pump wave ω s for a signal wave ω s of a base B when a pump wave ω p is inputted from an emitter E, p ) can be switched or amplified. To this end, the resonant structure phototransistor 100 may comprise a nonlinear medium and a resonant structure.

공진 구조 광 트랜지스터(100)의 베이스(B)에는 신호파(ωs)가 입력될 수 있다. 그리고 이미터(E)로 펌프파(ωp)가 입력된다. 먼저 이미터(E)로 펌프파(ωp)가 입력되면, 펌프파(ωp)의 이차 비선형 생성 현상을 통하여 2차 조화파(2ωp)가 생성될 것이다. 이때, 베이스(B)에는 신호파(ωs)가 입력되면, 신호파(ωs)와 2차 조화파(2ωp)의 이차 비선형 광 파라매트릭 증폭 현상에 의하여 증폭된 신호파(ωs) 및 차주파수를 갖는 변환파(ωc)가 컬렉터(C)로 출력될 것이다. 이미터(E), 베이스(B), 그리고 컬렉터(C)는 공진 구조 광 트랜지스터(100)를 구성하는 비선형 매질과 공진 구조에 의해서 정의된다. 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 구체적인 공진 구조는 후술하는 도 2 및 도 4에서 설명될 것이다.The signal wave? S can be input to the base B of the resonant structure phototransistor 100. [ Then, the pump wave (? P ) is inputted to the emitter (E). First, when the pump wave? P is input to the emitter E, a second harmonic wave 2? P is generated through the secondary nonlinear generation of the pump wave? P. At this time, the base (B), the signal wave (ω s) is, the signal wave (ω s) and the second harmonic (2ω p) a secondary non-linear optical parametric signal wave (ω s) amplified by the amplifying phenomenon when the input And a conversion wave omega c having a difference frequency will be output to the collector C. [ The emitter E, base B, and collector C are defined by the nonlinear medium and the resonant structure that make up the resonant structure phototransistor 100. The specific resonant structure of the resonant structure phototransistor 100 will be described in FIGS. 2 and 4, which will be described later.

여기서, 공진 구조는 신호파(ωs), 펌프파(ωp), 그리고 변환파(ωc)는 투과시키고, 2차 조화파(2ωp)는 비선형 매질의 외부로 투과되지 못하고 내부에서 왕복 또는 순환하며 공진하게 하는 구조를 의미한다. 예를 들어, 이러한 공진 구조는 2개의 반사 거울이나 비선형 매질 자체에 의한 격자 거울, 광섬유 격자 거울, 광섬유 고리형 거울, 광섬유 고리형 공진기 등으로 다양하게 구성될 수 있다. Here, the resonant structure transmits the signal wave? S , the pump wave? P , and the conversion wave? C , and the second harmonic wave 2ω p can not be transmitted to the outside of the non- Or a structure that circulates and resonates. For example, such a resonance structure can be composed of two kinds of reflection mirrors, a grating mirror by a nonlinear medium itself, a fiber grating mirror, an optical fiber loop mirror, and an optical fiber loop resonator.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 오프 상태를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 공진 구조 광 트랜지스터(100)는 비선형 매질(110), 제 1 미러(120), 그리고 제 2 미러(130)를 포함한다. 2 is a view showing an off state of the resonance structure phototransistor 100 according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the resonant structure phototransistor 100 includes a nonlinear medium 110, a first mirror 120, and a second mirror 130.

비선형 매질(110)은 광파들이 진행하는 동일 경로 상에 위치한다. 비선형 매질(110)은 결정체나 반도체, 실리카, 폴리머 등의 이차 비선형성이 고유하게 존재하거나 분극 등에 의하여 이차 비선형성이 유도될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 비선형 매질(110)은 광파의 진행 손실을 줄이고 비선형 상호 작용의 효율을 향상시키기 위하여 광도파로나 광섬유의 형태로도 형성될 수 있다. 비선형 매질(110)은 혼합되는 광파에 요구되는 위상 정합 조건을 만족하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 비선형 매질(110)은 공진 구조를 구성하기 위한 매질 길이(L)로 제공될 수 있다.The nonlinear medium 110 is located on the same path on which light waves travel. The nonlinear medium 110 may be formed of a material in which the secondary nonlinearity of crystals, semiconductor, silica, polymer, etc. is uniquely present or the secondary nonlinearity can be induced by polarization or the like. The nonlinear medium 110 may also be formed in the form of optical waveguides or optical fibers to reduce progressive loss of light waves and improve efficiency of nonlinear interactions. The nonlinear medium 110 may be configured to satisfy the phase matching condition required for the light waves to be mixed. In an embodiment of the present invention, the nonlinear medium 110 may be provided with a medium length L for constructing the resonant structure.

제 1 미러(120)는 펌프파(ωp)가 입사되는 비선형 매질(110)의 일면에 형성될 수 있다. 그리고 제 2 미러(130)는 비선형 매질(110)의 타면에서 제 1 미러(120)와 평행한 편에 형성될 수 있다. 제 1 미러(120) 및 제 2 미러(130)는 펌프파(ωp)나 신호파(ωs), 그리고 변환파(ωc)와 같은 광들은 투과하는 특성을 갖는다. 하지만, 제 1 미러(120) 및 제 2 미러(130) 각각은 펌프파(ωp)의 2차 조화파(2ωp)에 대해서만 선택적으로 반사하는 특징을 갖는다. 따라서, 펌프파(ωp)가 제 1 미러(120)로 입사되면, 입사된 펌프파(ωp)는 공진 구조 내부의 비선형 매질(110)에 의하여 2차 조화파(2ωp)를 생성한다. 하지만, 생성된 2차 조화파(2ωp)는 마주보며 평행하게 배열된 제 1 미러(120) 및 제 2 미러(130)에 의해서 선택적으로 반사된다. 그러면, 펌프파(ωp)의 2차 조화파(2ωp)는 제 1 미러(120) 및 제 2 미러(130) 사이만을 왕복하면서 2차 조화파(2ωp)의 공진파를 형성한다. The first mirror 120 may be formed on one surface of the nonlinear medium 110 into which the pump wave? P is incident. The second mirror 130 may be formed on the other side of the nonlinear medium 110 in parallel with the first mirror 120. The first mirror 120 and second mirror 130, such as an optical pump wave (ω p), the signal wave (ω s), and converted wave (ω c) have the characteristic of transmitting. However, each of the first mirror 120 and the second mirror 130 has a feature of selectively reflecting only the second harmonic wave 2ω p of the pump wave? P. Therefore, when the pump wave? P is incident on the first mirror 120, the incident pump wave? P generates the second harmonic wave 2? P by the nonlinear medium 110 in the resonance structure . However, the generated second harmonic wave 2? P is selectively reflected by the first mirror 120 and the second mirror 130 arranged in parallel to each other. Then, the pump wave secondary harmonic (2ω p) of the (ω p) forms a resonance wave of the first mirror 120 and second mirror 130 only, while the second harmonic (2ω p) reciprocating between.

제 1 미러(120)의 일면으로는 펌프파(ωp)가 입사될 수 있다. 그리고 비선형 매질(110)의 타면에 형성된 제 2 미러(130)로는 펌프파(ωp)나 신호파(ωs), 그리고 변환파(ωc) 등이 투과되어 출력될 수 있다. 펌프파(ωp)나 신호파(ωs)는 광원(예를 들면, 레이저 다이오드)으로부터 직접 또는 광섬유에 유도되어 제 1 미러(120) 측으로 입력될 수 있다. 마찬가지로, 비선형 매질(110)의 내부에서 제 2 미러(130)로 투과되는 펌프파(ωp)나 신호파(ωs), 그리고 변환파(ωc)도 직접 또는 광섬유에 유도되어 출력될 수 있을 것이다.A pump wave? P may be incident on one surface of the first mirror 120. [ The pump wave ω p , the signal wave ω s and the conversion wave ω c can be transmitted through the second mirror 130 formed on the other surface of the nonlinear medium 110. The pump wave? P and the signal wave? S can be introduced directly to the first mirror 120 side from the light source (for example, laser diode) or guided to the optical fiber. Similarly, the pump wave (? P ), the signal wave (? S ), and the conversion wave (? C ) transmitted through the nonlinear medium (110) to the second mirror (130) There will be.

특히, 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터(100)는 2차 비선형 현상에 참여하지 못한 펌프파(ωp)가 제 2 미러(130) 측으로 투과되어 출력될 수 있다. 하지만, 입력되는 펌프파(ωp)의 세기에 대하여 비선형 매질(110)의 공진 구조를 제공하기 위한 매질 길이(L)를 적절히 설정하면, 펌프파(ωp)의 출력은 2차 조화파(2ωp)로의 변환과 매질의 손실에 의하여 '0'으로 수렴될 수 있다. 따라서, 공진 구조의 길이를 통해서 펌프파(ωp)의 출력을 '0'의 상태를 만들 수 있다. In particular, in the resonant structure phototransistor 100 of the present invention, a pump wave? P that does not participate in the second-order nonlinear phenomenon can be transmitted to the second mirror 130 side and output. However, if the setting of the medium, the length (L) for providing a resonant structure of the non-linear medium (110) with respect to the intensity of the pump wave (ω p) is input, the output of the pump wave (ω p) is the second harmonic wave ( 2 & circ & p ) and the loss of the medium. Therefore, the output of the pump wave? P can be made to be '0' through the length of the resonance structure.

공진 구조를 형성하기 위한 제 1 미러(120)와 제 2 미러(130)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 어떤 실시 예에서, 제 1 미러(120)와 제 2 미러(130)는 비선형 매질(110)의 양측에 형성되는 유전체 거울로 구현될 수 있을 것이다. 다른 실시 예에서, 제 1 미러(120)와 제 2 미러(130)는 비선형 매질(110)의 양측에 형성되는 광섬유 격자 거울로 구현될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 제 1 미러(120)와 제 2 미러(130)는 비선형 매질(110)의 양측에 형성되는 광학 거울로 구현될 수 있다. 여기서, 공진 구조를 형성하는 비선형 매질(110)과 그 양측에 형성되는 제 1 미러(120)와 제 2 미러(130)는 다양하게 변경되거나 변형되어 구현될 수 있음은 잘 이해될 것이다.The first mirror 120 and the second mirror 130 for forming the resonant structure can be implemented in various ways. In some embodiments, the first mirror 120 and the second mirror 130 may be implemented with dielectric mirrors formed on both sides of the nonlinear medium 110. In another embodiment, the first mirror 120 and the second mirror 130 may be embodied as a fiber grating mirror formed on both sides of the nonlinear medium 110. In another embodiment, the first mirror 120 and the second mirror 130 may be implemented with optical mirrors formed on both sides of the nonlinear medium 110. [ It will be appreciated that the nonlinear medium 110 forming the resonant structure and the first and second mirrors 120 and 130 formed on both sides of the nonlinear medium 110 may be variously modified or modified.

도 3은 도 2의 공진 구조 광 트랜지스터에서 '0' 상태 출력을 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 도 3을 참조하면, 주어진 조건에서 공진 구조 매질의 길이(L)가 3cm 정도되면 출력되는 펌프파(ωp)의 세기가 '0' 상태가 됨을 보여준다. 여기서, 그래프의 세로축은 광의 세기(㎽/㎛2)를 나타내고, 가로축은 공진 구조를 구성하는 매질의 길이(L)를 나타낸다. 각 곡선들은 펌프파(ωp)를 입력했을 때, 공진 횟수에 따른 펌프파(ωp)의 세기(Ip1, Ip2, Ip10, Ip100)와 2차 조화파(2ωp)의 세기(Ih1, Ih2, Ih10, Ih100)를 보여준다.FIG. 3 is a simulation result showing a '0' state output in the resonant structure phototransistor of FIG. Referring to FIG. 3, when the length L of the resonance structure medium is about 3 cm under a given condition, the intensity of the output pump wave? P becomes '0'. Here, the vertical axis of the graph represents the light intensity (mW / 占 퐉 2 ), and the horizontal axis represents the length (L) of the medium constituting the resonance structure. Each curve are the pump wave (ω p) to when the input intensity of the pump wave intensity (Ip1, Ip2, Ip10, Ip100) and the second harmonic (2ω p) of the (ω p) of the resonance number (Ih1, Ih2 , Ih10, Ih100).

먼저, 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 비선형 매질(110) 내에서 공진 횟수에 따른 2차 조화파(2ωp)의 세기(Ih1, Ih2, Ih10, Ih100)를 나타내는 곡선을 살펴보기로 한다. 2차 조화파(2ωp)의 세기(Ih1)는 공진 회수가 1인 경우에 비선형 매질(110)의 공진 길이가 '0cm'인 지점에서부터 0(㎽/㎛2)부터 차츰 증가하는 것으로 나타난다. 그리고 2차 조화파(2ωp)의 세기(Ih2)는 공진 회수가 2인 경우에 비선형 매질(110)의 길이가 '0'인 시점에서부터 증가하다가 공진 길이가 '2cm'인 지점부터 감소하기 시작한다. 하지만, 2차 조화파(2ωp)의 세기(Ih2)는 공진 길이가 '0cm'인 지점부터 이미 2차 조화파(2ωp)의 세기(Ih1)는 5(㎽/㎛2)에서부터 증가하기 시작한다. 2차 조화파(2ωp)의 세기(Ih10)는 공진 회수가 10인 경우에 비선형 매질(110)의 길이가 '0'인 시점에서부터 증가하다가 공진 길이가 '1.5cm'인 지점에서 최대값에 도달하고, 그 이후부터 감소하기 시작한다. 공진 길이가 '1.5cm'인 지점에서 2차 조화파(2ωp)의 세기(Ih100)는 입사되는 펌프파(ωp)보다 약 1.7배의 세기를 갖는다. 이러한 경향은 입사되는 펌프파(ωp)의 세기가 강해질수록 더욱 뚜렷해진다. First, a curve representing the intensity (Ih1, Ih2, Ih10, Ih100) of the second harmonic wave 2ω p according to the number of resonances in the nonlinear medium 110 of the resonant structure phototransistor 100 will be described. The intensity Ih1 of the second harmonic wave 2ω p gradually increases from 0 (mW / m 2 ) from the point where the resonance length of the nonlinear medium 110 is 0 cm when the resonance frequency is 1. The intensity Ih2 of the second harmonic wave 2ω p increases from the point of time when the length of the nonlinear medium 110 is' 0 'when the number of resonance is 2 and decreases from the point of time when the resonance length is 2 cm' do. However, the second harmonic intensity (Ih1) of the intensity (Ih2) is resonant length '0cm' are already a secondary harmonic (2ω p) from the point of (2ω p) has to increase from 5 (㎽ / ㎛ 2) Start. The intensity Ih10 of the second harmonic wave 2ω p increases from the point of time when the length of the nonlinear medium 110 is zero to the maximum value at the point of the resonance length of 1.5 cm when the number of resonance is 10, And then begins to decrease. The intensity (Ih100) of the second harmonic wave (2ω p ) at the resonance length '1.5 cm' has about 1.7 times the intensity of the incident pump wave (ω p ). This tendency becomes more pronounced as the intensity of the incident pump wave? P becomes stronger.

공진 구조 광 트랜지스터(100)의 비선형 매질(110) 내에서 공진 횟수에 따른 펌프파(ωp)의 세기(Ip1, Ip2, Ip10, Ip100)를 나타내는 곡선을 살펴보기로 한다. 펌프파(ωp)의 세기(Ip1)는 공진 회수가 1인 경우에 비선형 매질(110)의 공진 길이가 '0cm'인 지점에서 10(㎽/㎛2)의 세기로 입사된다. 그리고 차츰 광의 세기가 감소하는 것으로 나타난다. 그리고 펌프파(ωp)의 세기(Ip1)는 공진 회수가 2인 경우에 비선형 매질(110)의 길이가 '0'인 지점에서 10(㎽/㎛2)로 입사되어 공진 회수가 1인 경우보다 더 급격하게 감소하는 것을 알 수 있다. 그리고 공진 회수가 10인 경우와 100인 경우의 펌프파(ωp)의 세기들(Ip10, Ip100)도 공진 길이에 따라 감소하는 경향을 갖는다. 하지만, 공진 길이(L)가 '3cm'인 지점에서는 펌프파(ωp)의 세기는 거의 0(㎽/㎛2)로 감쇄됨을 알 수 있다.A curve representing the intensities Ip1, Ip2, Ip10, and Ip100 of the pump wave? P according to the resonance frequency in the nonlinear medium 110 of the resonance structure phototransistor 100 will be described. The intensity Ip1 of the pump wave? P is incident at an intensity of 10 (mW / 占 퐉 2 ) at a point where the resonance length of the nonlinear medium 110 is 0 cm when the resonance frequency is 1. And the intensity of the light gradually decreases. The intensity Ip1 of the pump wave ω p is 10 (mW / ต m 2 ) at the point where the length of the nonlinear medium 110 is 0 when the resonance frequency is 2 and the resonance frequency is 1 As shown in FIG. Also, the intensities Ip10 and Ip100 of the pump wave? P when the resonance frequency is 10 and 100, respectively, also tend to decrease with the resonance length. However, at the point where the resonance length L is 3 cm, the intensity of the pump wave? P is attenuated to almost 0 (mW / m? 2 ).

이상의 시뮬레이션 결과에 따르면, 입력되는 펌프파(ωp)의 세기에 대하여 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 비선형 매질(110)의 공진 길이의 적절한 조정을 통해서 펌프파(ωp)의 출력을 '0'로 설정할 수 있음을 알 수 있다. 더불어, 내부에서 공진하는 2차 조화파(2ωp)의 세기는 입사되는 펌프파(ωp)의 세기보다 약 1.7배로 증폭됨을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 공진 길이와 입사되는 펌프파(ωp)의 세기에 따라 2차 조화파(2ωp)의 증폭 효과가 최대화되는 공진 길이를 결정할 수 있다. According to the above simulation result, the output of the pump wave (ω p) through an appropriate adjustment of the resonance length of the nonlinear medium 110 of the resonant structure, the phototransistor 100 of the present invention with respect to the intensity of the pump wave (ω p) is input Can be set to '0'. In addition, it can be seen that the intensity of the second harmonic wave (2ω p ) resonating inside is amplified to about 1.7 times the intensity of the incident pump wave (ω p ). As described above, the resonance length at which the amplification effect of the second harmonic wave 2ω p is maximized can be determined according to the resonance length and the intensity of the incident pump wave? P.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 공진 구조 광 트랜지스터의 온 상태(On state)를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 공진 구조 광 트랜지스터(100)는 비선형 매질(110), 제 1 미러(120), 그리고 제 2 미러(130)를 포함한다. 그리고 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 입력단을 형성하는 제 1 미러(120)의 일면으로 펌프파(ωp)와 신호파(ωs)가 입사될 수 있다. 그러면, 출력단을 형성하는 제 2 미러(130)를 투과하여 신호파(ωs)와 변환파(ωc)가 출력된다.FIG. 4 is a diagram showing an on state of a resonant structure phototransistor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. Referring to FIG. 4, the resonant structure phototransistor 100 includes a nonlinear medium 110, a first mirror 120, and a second mirror 130. The pump wave? P and the signal wave? S may be incident on one surface of the first mirror 120 forming the input terminal of the resonance structure phototransistor 100. [ Then, the signal is transmitted through the second mirror 130 forming the output terminal, and the signal wave? S and the converted wave? C are outputted.

제 1 미러(120) 측으로 펌프파(ωp)와 신호파(ωs)가 입사되면, 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이 펌프파(ωp)에 의해 생성된 2차 조화파(2ωp)와 신호파(ωs)에 의한 2차 비선형 파라매트릭 증폭 작용이 발생한다. 그러면, 신호파(ωs)가 증폭되는 증폭 작용이 진행된다. 이 신호파(ωs)는 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 제 2 미러(130)를 투과하여 외부로 출력될 수 있다. A first mirror 120, the pump wave (ω p) and a signal wave (ω s) that when joined, the pump wave (ω p) of the second harmonic (2ω p) produced by, as also described in the second above the side and A second-order nonlinear parametric amplification action by the signal wave (? S ) occurs. Then, the amplification operation in which the signal wave? S is amplified proceeds. This signal wave? S can be transmitted through the second mirror 130 of the resonance structure phototransistor 100 and output to the outside.

또한, 펌프파(ωp)와 신호파(ωs)의 상호 작용에 의해 새로이 생성된 변환파(ωc)도 제 2 미러(130)를 투과하여 외부로 출력된다. 따라서, 신호파(ωs)의 입력에 의하여 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 '1(On)' 상태가 형성됨을 알 수 있다. 실험적 구성 및 측정 조건에 따라 변환파(ωc)와 증폭된 신호파(ωs)를 구분없이 측정 또는 활용하게 될 경우, 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 '1(On)' 상태에서의 출력파는 증폭된 신호파(ωs)와 변환파(ωc)의 합이 된다. 다른 광원에서 펌프파(ωp)와 신호파(ωs)의 파장을 동일하게 입력하면, 물리적으로는 완벽하게 동일한 파장은 아니기에 상술한 광 파라매트릭 증폭 현상에 의해서 변환파(ωc)도 펌프파(ωp)의 파장과 동일하게 된다. 그러면, 변환파(ωc)는 증폭된 신호파(ωs)와 함께 외부로 출력될 수 있다. 상술한 방식의 이차 비선형 캐스케이드 광 파라미터 증폭(Cascaded Optical Parametric Amplification) 현상에 의한 증폭 기능은 공진 구도의 따라 더욱 강화될 수 있다.The converted wave? C newly generated by the interaction of the pump wave? P and the signal wave? S is transmitted through the second mirror 130 to be output to the outside. Thus, a '1 (On)' state of the signal wave (ω s), the optical resonance structure transistor 100 by the input of it can be seen formed. When the resonance structure phototransistor 100 is measured or utilized without discrimination between the conversion wave ω c and the amplified signal wave ω s according to the experimental configuration and measurement conditions, The wave is the sum of the amplified signal wave (? S ) and the converted wave (? C ). Pump wave (ω p) and a signal wave (ω s) when the same type a wavelength of, physically completely the same wavelength ahnigie aforementioned optical parametric amplification phenomenon converted wave (ω c) by from other light sources also pump Becomes equal to the wavelength of the wave ([omega] p ). Then, the converted wave (ω c) may be output to the outside along with the amplified signal wave (ω s). The amplification function by the second-order nonlinear cascaded optical parametric amplification phenomenon described above can be further enhanced according to the resonance composition.

도 5는 공진 구조 광 트랜지스터의 스위칭 동작에 따른 온/오프의 구분 방법을 보여는 파형도이다. 도 5를 참조하면, 출력단에서의 광파의 출력 여부에 따라 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 동작 상태('On' 또는 'Off')나 출력의 논리 상태('0' 또는 '1')를 결정할 수 있다. 5 is a waveform diagram showing a method of identifying on / off according to a switching operation of a resonant structure phototransistor. 5, the operation state ('On' or 'Off') of the resonant structure phototransistor 100 or the logic state ('0' or '1') of the output is determined according to whether or not the light wave is outputted at the output terminal .

제 2 미러(130, 도 4 참조) 측의 출력단에서 검출되는 출력 광파의 논리값을 결정하기 위해서는 출력되는 광파의 세기를 기준값과 비교할 수 있다. 만일, 출력 광파의 세기가 기준값보다 약한 경우, 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 동작을 오프(Off) 상태로 판단할 수 있다. 또는 출력되는 광파의 논리값을 논리 '0'로 판단할 수 있다. 반면, 출력 광파의 세기가 기준값보다 강한 경우, 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 동작을 온(On) 상태로 판단할 수 있다. 또는, 출력되는 광파의 논리값을 논리 '1'로 판단할 수 있을 것이다. In order to determine the logical value of the output light wave detected at the output terminal on the side of the second mirror 130 (see FIG. 4), the intensity of the output light wave can be compared with the reference value. If the intensity of the output light wave is weaker than the reference value, the operation of the resonance structure phototransistor 100 can be determined to be off. Alternatively, the logic value of the output light wave can be determined as logic '0'. On the other hand, when the intensity of the output light wave is stronger than the reference value, the operation of the resonance structure phototransistor 100 can be determined to be on. Alternatively, the logic value of the output light wave may be determined as logic '1'.

도 6은 공진 구조 광 트랜지스터의 온(On) 상태에서의 신호들의 세기를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 펌프파(ωp)와 신호파(ωs)가 입력되면 증폭된 신호파(ωs)와 함께 변환파(ωc)가 생성된다. 그리고 신호파(ωs)와 변환파(ωc)는 출력단으로 출력된다. 여기서, 공진 구조 내부에서의 각각의 광들의 세기들(Ih100, Ip100, Is100, Ic100, It100)은 공진 회수가 100인 경우의 세기를 의미한다. 여기서, 공진 회수 100은 단순히 공진에 의한 해당 광파의 포화 상태를 나타내는 예시적인 회수에 지나지 않음은 잘 이해될 것이다.6 is a graph showing the intensity of signals in the On state of the resonance structure phototransistor. Referring to Figure 6, the pump wave (ω p) and a signal wave (ω s) that when the conversion with the amplified signal wave (ω s) wave (ω c) input is generated. The signal wave (? S ) and the conversion wave (? C ) are output to the output terminal. Here, the intensities (Ih100, Ip100, Is100, Ic100, It100) of the respective lights in the resonance structure mean the intensity when the resonance frequency is 100. It should be understood that the number of resonance times 100 is merely an exemplary number of times of saturation of a corresponding light wave by resonance.

펌프파(ωp)와 신호파(ωs)가 입력되면, 비선형 매질(110)의 내부에서는 2차 조화파(2ωp)가 생성된다. 2차 조화파(2ωp)의 세기(Ih100)는 앞서 설명한 도 3에서와 같이 공진 길이가 2cm인 지점에서 가장 큰 값을 가지고, 입력단과 출력단 측에서는 작은 값을 나타낸다. 그리고 입사된 펌프파(ωp)의 세기(Ip100)는 입력단에 대응하는 공진 길이 0cm인 지점부터 감소하기 시작하여 공진 길이가 약 3cm인 지점에서 거의 0으로 수렴한다. When the pump wave (? P ) and the signal wave (? S ) are inputted, a second harmonic wave (2ω p ) is generated in the nonlinear medium (110). The intensity (Ih100) of the second harmonic wave (2ω p ) has the largest value at the resonance length of 2 cm, as shown in FIG. 3 described above, and a small value at the input and output sides. Then, the intensity (Ip100) of the incident pump wave (? P ) starts to decrease from a point having a resonance length of 0 cm corresponding to the input end and converges to almost zero at a point where the resonance length is about 3 cm.

하지만, 신호파(ωs)의 세기(Is100)는 미약하지만 공진 길이의 증가에 따라 점차 증폭되는 형태로 나타난다. 신호파(ωs)와 2차 조화파(2ωp)의 상호 작용에 의하여 변환파(ωc)가 생성된다. 변환파(ωc)의 세기(Ic100)는 미약하지만 공진 길이의 증가에 따라 증폭되는 것을 알 수 있다. 더불어, 모든 광파의 세기 합을 나타내는 곡선(It100)을 살펴보면, 각 진행파들의 총 손실을 합하면 공진 길이(L)가 5cm인 지점에서 약 4(㎽/㎛2)의 손실이 발생하였음을 알 수 있다. 2차 조화파(2ωp)의 경우 반사에 따른 역방향 손실(Backward loss)이 존재할 수 있다. 에너지 보존 관점에서 보면, 입사되는 펌프파(ωp)와 신호파(ωs)의 에너지 손실은 비선형 매질(110) 내에서 2차 조화파(2ωp)의 공진에 의한 손실과 진행파에 의한 손실의 합으로 나타난다.However, the intensity (Is100) of the signal wave? S is weak, but appears to be gradually amplified as the resonance length increases. The conversion wave? C is generated by the interaction between the signal wave? S and the second harmonic wave 2? P. It can be seen that the intensity Ic100 of the transduction wave? C is weak but amplified with an increase in the resonance length. In addition, it can be seen that a curve (It 100) representing the sum of the intensities of all the light waves shows that a loss of about 4 (㎽ / 袖 m 2 ) occurs at a point where the resonance length L is 5 cm when the total losses of the traveling waves are summed . In the case of the second harmonic wave (2ω p ), backward loss due to reflection may exist. From the viewpoint of energy conservation, the energy loss of the incident pump wave (ω p ) and the signal wave (ω s ) is determined by the loss due to the resonance of the second harmonic wave (2ω p ) in the nonlinear medium (110) .

본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터(100)에 펌프파(ωp)와 신호파(ωs)를 동시에 입사시키면, 증폭된 신호파(ωs)와 함께 새로운 변환파(ωc)가 생성되어 출력된다. 따라서, 입출력 기준에서 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 '1(On)' 상태가 형성됨을 알 수 있다. 즉, 2차 비선형 매질의 특성과 공진 구조의 특성을 결합한 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터(100)는 전자 트랜지스터와 동등한 특성을 가짐을 알 수 있다. Pump wave to the resonance structure phototransistor 100 of the invention (ω p) and a signal wave (ω s) for when joining at the same time, new converted with the amplified signal wave (ω s) wave (ω c) is generated and output do. Accordingly, it can be seen that the '1' state of the resonance structure phototransistor 100 is formed based on the input / output reference. That is, it can be seen that the resonant structure phototransistor 100 of the present invention, which combines the characteristics of the secondary nonlinear medium and the resonant structure, has characteristics equivalent to those of the electron transistor.

이러한 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 트랜지스터 특성을 나타내는 광세기 전이율(α)은 아래 수학식 1 및 수학식 2로 표현할 수 있다. The light intensity transfer ratio? Representing the transistor characteristics of the resonance structure phototransistor 100 can be expressed by the following equations (1) and (2).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, L은 공진 구조의 길이를 나타낸다. 입력되는 광의 세기에 따라 달라질 수 있지만, 입력되는 펌프파(ωp)의 세기가 10(㎽/㎛2)인 경우를 광세기의 전이율(α)은 0.39로 계산된다. 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 증폭율(β)은 아래 수학식 2로 표현될 수 있다.Here, L represents the length of the resonance structure. The transfer ratio? Of the light intensity is calculated to be 0.39 when the intensity of the input pump wave? P is 10 (mW / m? 2 ). The amplification factor? Of the resonance structure phototransistor 100 can be expressed by the following equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공진 구조 광 트랜지스터의 특성을 간략히 보여주는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터(100)는 전자 트랜지스터(Electric Transistor)와는 달리 전압에 대응하는 변수가 존재하지 않는다. 따라서, 이미터(E)에 입사되는 펌프파(ωp)의 세기에 대한 컬렉터(C)의 출력파의 세기의 변화를 살펴보기로 한다. 여기서, 베이스(B)에 입력되는 신호파(ωs)의 세기(IB)에 따라 컬렉터(C)의 출력파의 세기(IE)는 다르게 나타난다. 7 is a graph briefly showing characteristics of a resonant structure phototransistor according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, unlike an electric transistor, the resonant structure phototransistor 100 of the present invention does not have a variable corresponding to a voltage. Therefore, a change in the intensity of the output wave of the collector C with respect to the intensity of the pump wave? P incident on the emitter E will be described. Here, the intensity (IE) of the output wave of the collector C is different depending on the intensity IB of the signal wave? S inputted to the base B.

베이스(B)에 입력되는 신호파(ωs)의 세기가 0.005(㎽/㎛2)인 경우(즉, IB0)의 이미터(E)에 입사되는 펌프파(ωp)의 세기에 대한 컬렉터(C)의 출력파의 세기(IC)의 변화를 살펴보기로 하자. 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 0에서 10(㎽/㎛2)까지 증가한다. 이에 대해, 출력파의 세기(IC)는 1.2(㎽/㎛2)에서 6(㎽/㎛2)까지의 펌프파(ωp)의 세기(IE) 범위에서는 다소 감소하는 경향이 있지만, 어느 정도 일정한 레벨을 유지하는 것으로 볼 수 있다. Collector for the strength of the base (B) signal waves (ω s) intensity is 0.005 (㎽ / ㎛ 2) in the case already pump wave (ω p) that is incident on the emitter (E) (i.e., IB0) of the input to (IC) of the output wave of (C). The intensity (IE) of the pump wave? P increases from 0 to 10 (mW / m? 2 ). On the other hand, the intensity (IE) range of the pump wave (ω p) of the intensity (IC) according to the output wave is 1.2 (㎽ / ㎛ 2) to 6 (㎽ / ㎛ 2) tend to slightly decrease, to some extent It can be seen as maintaining a constant level.

베이스(B)에 입력되는 신호파(ωs)의 세기가 0.010(㎽/㎛2)인 경우(즉, IB1)의 이미터(E)에 입사되는 펌프파(ωp)의 세기에 대한 컬렉터(C)의 출력파의 세기(IC)의 변화를 살펴보기로 하자. 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 0에서 약 1.2(㎽/㎛2)의 범위에서, 출력파의 세기(IC)는 급격히 증가한다. 하지만, 펌프파(ωp)의 세기(IE) 범위 1.2(㎽/㎛2)에서 4(㎽/㎛2)에서는 일정한 레벨을 유지하는 것으로 볼 수 있다. 그리고 6(㎽/㎛2) 이상의 펌프파(ωp)의 세기(IE)에서는 출력파의 세기(IC)는 다시 발산하는 형태로 증가한다. Collector for the strength of the base (B) signal waves (ω s) intensity is 0.010 (㎽ / ㎛ 2) in the case already pump wave (ω p) that is incident on the emitter (E) (that is, IB1) of the input to (IC) of the output wave of (C). The intensity IC of the output wave sharply increases in the range of the intensity (IE) of the pump wave? P from 0 to about 1.2 (mW / 占 퐉 2 ). However, it can be seen that a constant level is maintained at 4 (㎽ / 탆 2 ) at the range 1.2 (mW / 탆 2 ) of the intensity (IE) of the pump wave (ω p ). In the intensity (IE) of the pump wave? P of 6 (mW / 占 퐉 2 ) or more, the intensity (IC) of the output wave increases again.

0.015(㎽/㎛2)의 신호파(ωs)의 세기(즉, IB2)에서, 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 0에서 약 1.2(㎽/㎛2)의 범위에서의 출력파의 세기(IC)는 급격히 증가한다. 하지만, 1.2(㎽/㎛2)에서 4(㎽/㎛2) 범위의 펌프파(ωp)의 세기(IE)에서는 어느 정도 일정한 레벨을 유지하는 것으로 볼 수 있다. 그리고 4(㎽/㎛2) 이상의 펌프파(ωp)의 세기(IE)에서는 출력파의 세기(IC)는 다시 발산하는 형태로 증가한다. 0.015 (㎽ / ㎛ 2) signal-wave intensity (i.e., IB2) in the pump wave output in the range of about 1.2 (㎽ / ㎛ 2) in intensity (IE) is zero (ω p) of the (ω s) of The intensity of waves (IC) increases rapidly. However, it can be seen that the intensity (IE) of the pump wave ω p in the range of 1.2 (mW / μm 2 ) to 4 (mW / μm 2 ) maintains a certain level to some extent. And the intensity (IC) of the output wave increases again in the intensity (IE) of the pump wave (? P ) of 4 (mW / m 2 ) or more.

상술한 그래프를 고려하면, 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 펌프파(ωp)의 세기(IE)는 전자 트랜지스터의 특성 곡선에서 이미터 전류(IE)에 대응될 수 있다. 그리고 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 신호파(ωs)의 세기(IB)는 전자 트랜지스터의 특성 곡선에서 베이스 전류(IB)에 대응될 수 있다. 또한, 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 출력파의 세기(IC)는 전자 트랜지스터의 특성 곡선에서 컬렉터 전류(IC)에 대응될 수 있다. 이러한 특성의 대응 관계를 고려하면, 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 동작 특성은 전자 트랜지스터의 특성과 유사한 것으로 볼 수 있다. Considering the above graph, the intensity (IE) of the pump wave? P of the resonant structure phototransistor 100 of the present invention may correspond to the emitter current (IE) in the characteristic curve of the electronic transistor. And the intensity IB of the signal wave? S of the resonant structure phototransistor 100 may correspond to the base current I B in the characteristic curve of the electronic transistor. Also, the intensity IC of the output wave of the resonant structure phototransistor 100 may correspond to the collector current I C in the characteristic curve of the electronic transistor. Considering the correspondence of these characteristics, the operating characteristics of the resonant structure phototransistor 100 of the present invention can be seen to be similar to those of the electronic transistor.

이상에서 설명된 바와 같이, 이미터(E)에 입사되는 펌프파(ωp)의 세기에 대한 컬렉터(C)의 출력파의 세기는 특정 펌프파(ωp)의 세기 범위에서는 전자 트랜지스터와 유사한 증폭 및 스위칭 특성을 보인다. 또한, 전자 트랜지스터의 브레이크다운(Breakdown) 영역과 유사한 발산하는 영역도 존재한다. As described above, the already intensity of the output wave of the collector (C) for the intensity of the pump wave (ω p) that is incident on the emitter (E) is the intensity range for a particular pump wave (ω p) is similar to the electron transistor Amplification and switching characteristics. There is also a divergent region similar to the breakdown region of the electronic transistor.

도 8은 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터의 증폭율을 간략히 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 베이스(B)에 입사되는 신호파(ωs)의 세기(IB)에 따라 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 증폭율(β)은 증폭이 가능한 영역에서 20 내지 55의 이득값을 갖는다. 8 is a graph briefly showing the amplification factor of the resonant structure phototransistor of the present invention. 8, the amplification factor? Of the resonance structure phototransistor 100 according to the intensity IB of the signal wave? S incident on the base B is a gain of 20 to 55 in the amplifiable region Lt; / RTI >

예시적으로, 0.005(㎽/㎛2)의 신호파(ωs)에 대한 이득 곡선(즉, IB0)을 살펴보자. 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 약 1.2(㎽/㎛2)인 시점에서 이득은 55 정도로 증가한다. 이후, 이득은 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 약 5(㎽/㎛2)인 시점까지 감소하다가 다시 증가하는 것으로 관찰된다. By way of example, let us look at the gain curve (i.e., IB0) for a signal wave? S of 0.005 (mW /? 2 ). The gain increases to about 55 when the intensity (IE) of the pump wave? P is about 1.2 (mW / 占 퐉 2 ). Thereafter, the gain is observed to decrease until the intensity (IE) of the pump wave? P is about 5 (mW / 占 퐉 2 ), and then increase again.

0.010(㎽/㎛2)의 신호파(ωs)에 대한 이득(IB1)은 0.005(㎽/㎛2)의 신호파(ωs)에 대한 이득(IB0)보다 상대적으로 낮게 나타난다. 이득은, 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 약 1.2(㎽/㎛2)인 시점까지는 증가하고, 이후 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 4(㎽/㎛2)인 시점까지는 일정한 수준을 유지한다. 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 4(㎽/㎛2)인 시점부터 이득은 다시 증가한다. 0.010 gain (IB1) for the signal wave (ω s) of the (㎽ / ㎛ 2) is relatively low when more gain (IB0) about 0.005 signal wave (㎽ / ㎛ 2) (ω s). Gain, the pump wave (ω p) of the intensity (IE) is from about 1.2 (㎽ / ㎛ 2) of up to increase, and since the pump wave intensity (IE) is 4 (㎽ / ㎛ 2) of the (ω p) the time of Up to the point of time. The gain increases again from the time when the intensity (IE) of the pump wave? P is 4 (mW / 占 퐉 2 ).

0.015(㎽/㎛2)의 신호파(ωs)에 대한 이득(IB2)은 0.010(㎽/㎛2)의 신호파(ωs)에 대한 이득(IB1)보다 상대적으로 낮게 나타난다. 이때의 이득은, 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 약 1.2(㎽/㎛2)인 시점까지는 증가하고, 이후 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 4(㎽/㎛2)인 시점까지는 일정한 수준을 유지한다. 펌프파(ωp)의 세기(IE)가 4(㎽/㎛2)인 시점부터, 이득은 다시 증가한다. 0.015 gain (IB2) for the signal wave (ω s) of the (㎽ / ㎛ 2) is relatively low when more gain (IB1) about 0.010 signal wave (㎽ / ㎛ 2) (ω s). The gain of the pump wave (ω p) intensity (IE) is from about 1.2 (㎽ / ㎛ 2) increases up to the point in time and, since the intensity of the pump wave (ω p) (IE) is 4 (㎽ / ㎛ 2 of ) Until the point of time when it is maintained. From the time when the intensity (IE) of the pump wave? P is 4 (mW / 占 퐉 2 ), the gain increases again.

상술한 이득 곡선을 고려하면, 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 증폭이 가능한 동작 영역에서 이득은 20 내지 55의 이득값을 갖는다. Considering the above-described gain curve, the gain has a gain value of 20 to 55 in the operation region where the resonance structure phototransistor 100 can be amplified.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 본 발명의 공진 구조 광 트랜지스터의 전이율의 특성을 보여주는 그래프이다. 도 9를 참조하면, 베이스(B)에 입사되는 신호파(ωs)의 세기(IB)에 따라 공진 구조 광 트랜지스터(100)의 전이율(α)은 매우 낮은 값을 보여준다. 전이율(α)은 이미터(E)에서 컬렉터(C)로 전달되는 광파 세기의 비율을 의미한다. FIG. 9 is a graph showing the characteristics of the transfer rate of the resonant structure phototransistor of the present invention according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, the transfer ratio? Of the resonance structure phototransistor 100 shows a very low value according to the intensity IB of the signal wave? S incident on the base B. The transfer rate? Means the ratio of the intensity of the light wave transmitted from the emitter E to the collector C.

0.005(㎽/㎛2)의 신호파(ωs)에 대한 전이율 곡선(즉, IB0)을 살펴보자. 펌프파(ωp)의 세기(IE)에 따라 전이율(α)은 로그 함수적으로 감소하는 것을 관찰할 수 있다. 0.010(㎽/㎛2)의 신호파(ωs)에 대한 전이율 곡선(즉, IB1)은 상대적으로 전이율 곡선(즉, IB0)에 비하여 덜 감소됨을 알 수 있다. 이러한 경향은 0.015(㎽/㎛2)의 신호파(ωs)에 대한 전이율 곡선(즉, IB3)에서도 나타난다. Let's look at the transfer rate curve (ie, IB0) for a signal wave (ω s ) of 0.005 (mW / μm 2 ). It can be seen that the transfer ratio (α) decreases logarithmically with the intensity (IE) of the pump wave (ω p ). It can be seen that the transfer rate curve (i.e., IB1) for the signal wave? S of 0.010 (mW / m 2 ) is less than the transfer rate curve (i.e., IB0). This tendency is also seen in the transfer rate curve (i.e., IB3) for the signal wave? S of 0.015 (mW / m 2 ).

공진 구조 광 트랜지스터(100)의 경우 전이율(α)은 매우 낮다. 왜냐하면, 이는 공진 구조를 위한 소자(또는, 비선형 매질)의 길이가 길어 손실이 크기 때문이다. 입사하는 광파의 세기가 강해지면, 짧은 길이의 공진 길이를 갖는 광 트랜지스터의 제작이 가능하다. 이 경우 소자의 길이가 짧기 때문에, 손실이 적어져 전이율의 값이 증가할 것으로 예상된다.In the resonant structure phototransistor 100, the transfer ratio? Is very low. This is because the length of the element (or nonlinear medium) for the resonant structure is long and the loss is large. When the intensity of the incident light wave is increased, it is possible to manufacture a phototransistor having a resonance length of a short length. In this case, since the length of the device is short, the loss is reduced and the value of the transfer rate is expected to increase.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the claims of the following.

Claims (11)

공진 구조 광 트랜지스터에 있어서:
입사된 펌프파의 이차 비선형 상호 작용을 통하여 이차 조화파를 생성하고, 입사되는 신호파와 상기 이차 조화파의 이차 비선형 상호 작용을 통하여 증폭된 상기 신호파 및 차주파수를 갖는 변환파를 생성하는 비선형 매질;
상기 비선형 매질의 일면에서 상기 비선형 매질로 입사되는 상기 펌프파 또는 상기 신호파를 상기 비선형 매질로 투과하고, 상기 이차 조화파는 반사하는 제 1 미러; 그리고
상기 비선형 매질의 타면에서 상기 펌프파, 상기 신호파, 상기 변환파는 투과하고, 상기 이차 조화파는 반사하는 제 2 미러를 포함하되,
제 1 동작 모드에서는 상기 펌프파가 상기 제 1 미러를 통하여 상기 비선형 매질에 입사되고, 제 2 동작 모드에서는 상기 펌프파와 상기 신호파가 상기 제 1 미러를 통하여 상기 비선형 매질에 입사되는 공진 구조 광 트랜지스터.A resonant structure phototransistor comprising:
A nonlinear medium for generating a second harmonic wave through a second nonlinear interaction of an incident pump wave and generating a converted wave having the signal wave and the second frequency amplified through a second nonlinear interaction of the incident wave and the second harmonic wave, ;
A first mirror which transmits the pump wave or the signal wave incident on the nonlinear medium from the one surface of the nonlinear medium to the nonlinear medium and reflects the second harmonic wave; And
And a second mirror that transmits the pump wave, the signal wave, and the conversion wave from the other surface of the nonlinear medium, and reflects the second harmonic wave,
In the first operation mode, the pump wave is incident on the nonlinear medium through the first mirror, and in the second operation mode, the pump wave and the signal wave are incident on the nonlinear medium through the first mirror. . 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 동작 모드에서, 상기 비선형 매질의 공진 길이는 상기 제 2 미러를 통하여 출력되는 펌프파의 세기가 '0'으로 수렴하는 길이로 제공되는 공진 구조 광 트랜지스터.The method according to claim 1,
In the first mode of operation, the resonant length of the nonlinear medium is provided such that the intensity of the pump wave output through the second mirror converges to zero. 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 동작 모드에서, 상기 제 2 미러를 투과하여 출력되는 상기 신호파와 상기 변환파를 결합한 출력파의 세기에 따라 상기 출력파의 논리값이 결정되는 공진 구조 광 트랜지스터.3. The method of claim 2,
Wherein in the second operation mode, the logic value of the output wave is determined according to the intensity of an output wave obtained by coupling the signal wave and the conversion wave output through the second mirror. 제 3 항에 있어서,
상기 출력파의 논리값은 상기 출력파의 세기가 기준 세기보다 강한 경우에는 논리 '1'로, 상기 출력파의 세기가 상기 기준 세기보다 같거나 약한 경우에는 논리 '0'로 결정되는 공진 구조 광 트랜지스터.The method of claim 3,
The logic value of the output wave is a logic '1' when the intensity of the output wave is stronger than the reference intensity, and a logic '0' if the intensity of the output wave is less than or equal to the reference intensity. transistor. 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 동작 모드에서, 상기 펌프파와 상기 신호파는 동일 파장을 갖는 공진 구조 광 트랜지스터.The method according to claim 1,
And in the second mode of operation, the pump wave and the signal wave have the same wavelength. 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 동작 모드에서, 증폭된 상기 신호파와 상기 변환파가 상기 제 2 미러를 통해서 출력되는 공진 구조 광 트랜지스터.6. The method of claim 5,
And in the second operation mode, the amplified signal wave and the converted wave are output through the second mirror. 제 6 항에 있어서,
상기 변환파는 상기 펌프파와 동일한 파장을 갖는 공진 구조 광 트랜지스터.The method according to claim 6,
Wherein the conversion wave has the same wavelength as the pump wave. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 동작 모드는 스위치 모드에, 상기 제 2 동작 모드는 상기 이차 조화파에 의해서 상기 신호파를 증폭시키는 증폭 모드에 대응하는 공진 구조 광 트랜지스터. The method according to claim 1,
Wherein the first operation mode corresponds to a switch mode and the second operation mode corresponds to an amplification mode for amplifying the signal wave by the second harmonic wave. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 미러와 상기 제 2 미러 각각은 유전체 거울, 광섬유 격자 거울, 그리고 광학 거울들 중 적어도 하나를 포함하는 공진 구조 광 트랜지스터.The method according to claim 1,
Wherein each of the first mirror and the second mirror includes at least one of a dielectric mirror, a fiber grating mirror, and optical mirrors. 제 1 항에 있어서,
상기 비선형 매질은 고유하게 이차 비선형성을 갖는 결정체, 반도체, 실리카, 그리고 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 공진 구조 광 트랜지스터.The method according to claim 1,
Wherein the nonlinear medium comprises at least one of a crystalline, semiconducting, silica, and polymer having inherently nonlinearity. 제 1 항에 있어서,
상기 비선형 매질은 분극에 의하여 이차 비선형성이 유도되는 물질을 포함하는 공진 구조 광 트랜지스터.The method according to claim 1,
Wherein the nonlinear medium comprises a material from which a secondary nonlinearity is induced by polarization.
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